Lucrare de licenţă [309800]

Cuprins

Cuprins 5

Capitolul 1. 6

Noțiuni generale de mecatronică 6

1.1 Introducere 6

1.2 Scurt istoric 7

1.3 [anonimizat]-informație 8

1.4 Elementele principale ale sistemelor mecatronice 9

1.5 Structura bloc a sistemelor mecatronice 10

Tendințe 11

1.6 Exemple de produse și sisteme mecatronice 12

1.7. Importanța studiului mecatronicii 14

1.8 Educația mecatronică în România 14

Capitolul 2 15

[anonimizat] 15

2.1 Proces de fabricație 15

Capitolul 3. 21

Sisteme de montaj 21

3.1.Montajul văzut ca sistem 21

3.2 Funcțiile sistemelor de montaj 25

3.3. Flexibilitatea în tehnologia de montaj 26

Capitolul 4 29

Bazele proiectării tehnologiei de montaj 29

4.1.Funcțiile sistemelor de montaj 29

4.2.Clasificarea și reprezentarea funcțiilor de montaj 29

4.3. Parametri de bază ai montajului 31

Capitolul 5. 33

Automatizarea operațiilor de manipulare în montaj 33

5.1.Importanța problemei 33

5.2.Clasificarea pieselor din punct de vedere al condițiilor de manipulare automată 34

Capitolul 6. 41

Robotizarea operațiilor de montaj 41

6.1. Manipulatoare și roboți în sisteme de montaj 41

6.2. Alegerea variantei pentru sistemele de montaj cu roboți și manipulatoare 44

6.3 Exemple de roboți industriali utilizați în diverse operații 46

Capitolul 7. 57

Aplicatie didactică cu robot industrial ABB 57

7.1 Introducere 57

7.2 Prezentare generală 57

7.3. Prezentarea programului Robot Studio 65

Concluzii 79

Bibliografie 80

Capitolul 1.

Noțiuni generale de mecatronică

1.1 Introducere

Revoluția informatică (a doua revoluție industrială) a [anonimizat].

[anonimizat], la începutul deceniului al 8-lea al secolului trecut anul 1969-1970.

În 1972 – termenul de mecatronică a fost brevetat de Yaskawa Electric Co. [anonimizat] – Informatică

Domeniul mecatronic este pluridisciplinar și include următoarele arii de studiu (fig.1.1): [anonimizat], [anonimizat], achiziție și procesare de date.

Fig.1.1 Cuvinte cheie pentru domeniul mecatronic (Robert H. Bishop- The University of Texas at Austin)

[anonimizat].

Nu se poate spune că în lumea specialiștilor există un acord unanim susținut în ceea ce privește definirea acestei îmbinări sinergetice: mecanică-electronică-informatică. Se folosesc și alte denumiri ca: mecano-informatica, [anonimizat], [anonimizat] a sitemelor electromecanice.

[anonimizat] – [anonimizat] 1. 2

Fig.1.2 [anonimizat], [anonimizat]: [anonimizat]-electronică studiază probleme specifice mișcării electronilor, iar automatiștii-informaticienii studiază probleme specifice mișcării informației, nu mai este posibilă. În structura unui produs mecatronic, practic nu se pot separa cele trei mișcări. Mai mult, imaginea sugerează că activitățile de concepție și proiectare vizează finalizarea prin procesare-fabricare. Totul se desfășoară pe baza unui management performant, in acord cu nevoile pieței.

Deci, Produse de inaltă tehnicitate = Produs mecatronic Ex: automobilul modern, mașini-unelte cu comandă numerică, tehnica de calcul tehnică de telecomunicatii, aparatura de cercetare, roboții, aparatura biomedicală, aparatura electrocasnică, aparatura militară etc.

1.2 Scurt istoric

Mecatronica este rezultatul evoluției firești în dezvoltarea tehnologică. Aceasta evoluție este sugestiv evidențiată în fig.1.3.

După cum se observă, elementul central îl constituie tehnologia mecanică, care s-a dezvoltat către mecanizare.

Progresele în domeniul tehnologiei electronice, apariția circuitelor integrate, mici ca dimensiuni, ieftine și fiabile, au permis includerea electronicii în structurile mecanice.

Fig. 1.3 Fluxul către integrarea mecatronică

Se realizează astfel primul pas către integrare: integrarea electromecanică. Structurile electromecanice astfel obținute nu dispun de inteligență proprie.

• Următorul pas în integrare a fost determinat de apariția microprocesoarelor. Cu aceleași caracteristici constructive ca și crcuitele integrate, adică mici ca dimensiuni, ieftine și fiabile, microprocesoarele au putut fi integrate în structurile electromecanice realizate anterior.

Astfel, acestea devin inteligente. Aceasta înseamnă că pot preleva informații privind starea internă, starea mediului, pot prelucra aceste informații și pot lua decizii privind comportarea sistemului.

Această evoluție tehnologică determină mutații majore și în privința populației active ocupată în diferite sectoare de activitate. Astfel, dezvoltarea industrială conduce la scăderea populației ocupată în industria primară și la creșterea ponderii populației ocupate în industria terțiară. Industria terțiară, care este industria serviciilor, realizează în prezent aproximativ 70% din produsul national brut al Japoniei.

1.3 Relația material-energie-informație

Tehnologia mecatronică aduce în centrul atenției problema informației care, este componenta dătătoare de ton în raport cu materialul și energia. Această poziție a informației este motivată prin următoarele argumente:

informația asigură satisfacerea nevoilor spirituale ale omului;

numai informația crește valoarea nou adăugată a tuturor lucrurilor;

informația înseamnă cultură.

Promovarea legăturilor informaționale în structura sistemelor tehnice le asigură flexibilitate și reconfigurabilitate.

Evaluarea cantitativă și calitativă a informației constituie o problemă esențială în educație, cercetare și în activitățile de producție. Informația este deopotrivă importantă în medicină, literatură, artă, muzică, sport etc.

Comparația material-energie-informație se prezintă în figura 1.4. Nevoile de material și energie pentru o persoană sunt limitate. Când aceste nevoi sunt satisfăcute, ființa umană caută satisfacerea nevoilor spirituale. Informația asigură satisfacerea acestor nevoi. Valoarea informației depinde nu atât de cantitate, cât de prospețimea acesteia, pentru că spiritul uman cere frecvent noi stimuli. În această ordine de idei, valoarea materialului și a energiei depinde de integrarea acestora. Valoarea informației depinde de diferențierea acesteia. Se vede deci că materialul, energia și informația au caracteristici diferite. În societatea avansat informatizată, producția bazată pe consumul de material și energie ajunge la saturație. Pe de altă parte, cerințele pentru informație sunt în continuă creștere. Acesta este motivul pentru care industriile bazate pe consumul de material și energie își vor încetini ritmul de dezvoltare, iar industria bazată pe consumul de informație va continua să se dezvolte în ritm alert.

Discutând despre valoarea nou adaugată, se subliniază faptul că societatea avansat informatizată este societatea în care valoarea nou adaugată crește datorită informației.

Fig. 1.4 Relația material-energie-informație

1.4 Elementele principale ale sistemelor mecatronice

Structura de bază a unui sistem mecatronic cuprinde următoarele componente, prezentate în fig. 1.5.

Fig. 1.5 Elementele principale ale unui sistem mecatronic

Semnificația notațiilor folosite este următoarea:

SPS – sistem de programare a sarcinilor;

CS – controler secvențial;

CM – controler de mișcare;

AP – amplificator de putere;

A – actuator;

T – transmisie;

SM – sistem mecanic;

ST – senzori și traductoare;

DCS – dispozitiv de control al semnalului;

M – mediu;

Vom face o scurtă prezentare a fiecărui element de bază a sistemelor mecatronice.

Sistemul de programare a sarcinilor – generează mișcările dorite și secvențele acestora în concordanță cu cerințele sau comenzile transmise:

Controlerele – compară parametrii curenți ai mișcării cu cei înscriși și face corecturile necesare;

Amplificatorul de putere – amplifică semnalele necesare actuatorilor;

Actuatorii – transformă semnalul controlat în semnal de intrare (moment, forță, viteză, etc.) necesar sistemului mecanic;

Transmisia – realizează obținerea unor parametrii necesari funcționării sistemelor mecanice (curele, cremaliere, mecanisme cu reductoare etc.)

Sistemul mecanic – realizează poziția dorită la ieșirea din sistemul mecatronic.

Dispozitivele de condiționare – prelucrează semnalele în concordanță cu cerințele impuse semnalelor de intrare în controler;

Senzorii și traductoarele – sunt componente ale sistemului informațional, și ne dau informații despre starea sistemului mecanic respectiv a mediului.

1.5 Structura bloc a sistemelor mecatronice

În general un sistem mecatronic poate fi considerat un hipersistem, format dintr-o serie de sisteme, conform schemei din fig. 1.6.

Într-un sistem de fabricație mecatronic, fiecare componentă este autonomă, funcționarea lor fiind corelată în funcție de succesiunea operațiilor de executat, a mișcărilor organelor active, ele fiind acționate de sursa de energie mecanică (actuatoare). Funcționarea autonomă a componentelor privește realizarea autonomă a comenzi actuatorilor fiecărui utilaj component al sistemului, având un comportament de automatizare prin autoconfigurare, autoreglare, programabilitate și comunicare.

Fig. 1.6 Structura bloc a unui sistem mecatronic

Autoconfigurarea – se referă la efectuarea automată a reechipărilor, trecerea în sistem pornit-oprit, aducerea semifabricatelor în ordinea dorită, alegerea valorilor nominale ale regimurilor de lucru sau de manipulare.

Autoreglarea – se referă la menținerea automată a valorilor parametrilor de funcționare.

Programabilitatea – este dată de facilitatea de a accepta o memorie și de a utiliza programe de calcul în vederea ordonării execuției fazelor cuprinse în programul de lucru, pentru succesiunea prestabilită prin instrucțiuni.

Comunicarea – se referă la proprietatea componentelor de a schimba mesaje cu componentele de același rang sau de ranguri diferite.

Realizarea acestor deziderate necesită echipamente și componente ale sistemului de comandă bazate pe automatizare subordonată tehnicii de calcul.

Tendințe

În ultimii ani mecatronica este definită simplu: știința mașinilor inteligente. Mai recent demersurile pentru înnoire în educație și cercetare aduc în atenție problema mecatronicii ca: mediu educațional în societatea informațională, respectiv mediu de proiectare și fabricare integrată pe fundalul căruia s-a dezvoltat conceptul de proiectare pentru control.

În literatura de specilalitate au devenit consacrate extinderi în alte domenii ca: hidronica, pneutronica, termotronica, autotronica, agromecatronica (agricultura de precizie). Evoluția în dezvoltarea tehnologică înseamnă: micromecatronica, nanomecatronica și biomecatronica. Tendința generală este de “intelectualizare a mașinilor și sistemelor”

1.6 Exemple de produse și sisteme mecatronice

Practic tot ceea ce numim produs de înaltă tehnicitate este produs mecatronic.

Se prezintă în continuare câteva domenii și exemple reprezentative de produse mecatronice.

Domeniul roboticii

Robotul industrial

Este un exemplu reprezentativ de produs mecatronic.

Utilizat în procesul de producție sau prestări servicii:

pentru a realiza funcții de manipulare analoge cu cele realizate de mâna omului

pentru automatizarea anumitor secvențe ale procesului de producție sau servicii;

Structural este un sistem ce se compune din 4 subsisteme (fig. 1.7) :

Sistemul de conducere sau comanda – are rolul sistemului nervos uman, de adaptare a stării interne a robotului la starea externă a mediului prin darea de comenzi sistemului de acționare, astfel stabilind succesiunea și durata mișcărilor elementelor ce compun sistemul mecanic

Sistemul de acționare – analog sistemului muscular uman, pune în mișcare elementele sistemului mecanic pe baza comenzilor primite de la sistemul de comandă.

Sistemul mecanic – analog sistemului osos uman, asigură mișcările dorite obiectelor manipulate

Fig. 1.7 Schema bloc a unui robot industrial

În continuare se prezintă câteva exemple de roboți

1.7. Importanța studiului mecatronicii

Problema integrării este esențială in mecatronică. În realizarea diferitelor produse și sisteme, trebuie găsite soluții specifice pentru integrarea componentelor: mecanică-electronică- informatică.

Până în prezent sunt validate două soluții: integrarea în modul hardware și integrarea în modul software.

Mecatronica a deschis orizonturi nebănuite în toate domeniile, datorită stimulării efectului de sinergie.

Prin faptul că informația este componenta dătătoare de ton în mecatronică, impactul tehnologiei depășeste sfera economicului, fiind esențial în domeniile social, cultural etc.

Aceasta explică interesul deosebit la nivelul Comunității Europene și a țărilor comunitare de a lansa inițiative și a dezvolta programe speciale pentru acest domeniu. Demersurile întăresc convingerea că în societatea informațională, relevanța culturală depinde de performanțele tehnice, tehnologice.

Problematica sistemelor mecatronice nu poate fi abordată fără o fundamentare a noțiunilor specifice pentru teoria sistemelor.

1.8 Educația mecatronică în România

În țara noastră filosofia mecatronică a pătruns prin înființarea în 1991 a specializărilor de mecatronică în inginerie la Brasov, Cluj-Napoca, Universitatea Tehnica “Gheorghe Asachi” Iasi, Universitatea “Ștefan cel Mare” din Suceava., Universitatea Politehnica București, iar în anul 2011 și la Universitatea din Oradea

Capitolul 2

Proces de fabricație – Sisteme de fabricație

2.1 Proces de fabricație

Operațiile de montaj fac parte dintr-un proces complex de obținere a unui produs și se întâlnesc la obținerea produselor finale în toate domeniile industriale. Pentru ajungerea la operația de montaj , elementele componente parcurg un anumit proces de la faza de semifabricat sau piesă brută la piesă finală cu caracteristicile fizice chimice și dimensionare corespunzătoare introducerilor întru-un subansamblu sau ansamblu final (produs final).

Orice component trebuie să realizeze în subansamblu sau ansamblu funcțiile prescrise pentru asigurarea unei funcționalități corecte și prescrise. Pentru realizarea unui produs în general se parcurg un anumit proces de fabricație. Funcția generală a unei producții este aceea de a asigura producerea de bunuri materiale, de servicii sau spirituale necesare consumatorilor. Prin producție se înțelege suma tuturor activităților care concură la transformări de bunuri materiale sau servicii dintr-o formă în altă prin consum de forță de muncă în bunuri materiale sau servicii în scopul satisfaceri unor necesități. De regulă activitățile consumatoare de forță de muncă se numesc intrări sau inputuri iar produsele obținute sau serviciile se numesc mărimi de ieșire sau output care pot fi bunuri materiale sau servicii, figura 2.1.

Fig.2.1 Model de reprezentare a producției

Mărimile de intrare sunt reprezentate de factorii primari a producției care reprezintă elementele indispensabile oricărui proces de fabricație.

Factorii primari indispensabili a unui proces de producție sunt:

obiectele muncii- sunt acele obiecte asupra cărora se acționează prin diferite mijloace pentru a le transforma în produse finite (piese, repere);

forța de muncă- reprezintă totalitatea aptitudinilor fizice și intelectuale de care dispune organismul uman și pe care le pune în funcționare omul în momentul producerii;

energie- reperezintă energia necesară punerii în funcțiune a mijloacelor de producție în vederea desfășurării procesului de producție.

În cadrul unui proces de producție întră o serie de activități:

marketing: care reprezintă activitatea de depistare a necesităților unui produs prin prospectarea pieței;

proiectare (design): activitatea de stabilire a concepției constructive și tehnologicea produsului;

aprovizionarea: reprezintă activitatea de achiziționarea a unor produse primare sau finite necesare desfășurări procesului de fabricație;

vânzarea: reprezintă activitatea de valorificare a produsului (bun material sau servicii) care consumă atât forță de muncă cât și alte servicii;

servicii după vănzare: reprezintă activitatea de servicii, întreținere , reparații;

reciclarea: activitatea de recuperare și refolosire a unor componente ale produsului;

management: reprezintă activitatea organizatorică pentru corelarea tuturor acestor activități. Managmentul constituie un liant respectiv un integrator al acestor activități. Cu cât acest integrator este mai performant cu atât procesul de fabricație este mai performant cu consecințe corespunzătoare pe piață.

Definirea procesului de fabricație

Prin proces de fabricație se înțelege totalitatea operaților și fazelor care concură la realizarea unui produs sau servicii. Orice proces de fabricație are în structura sa operații de prelucrare în care intră prelucrări mecanice sau operații de asamblare respectiv montaj și operații de manipulare care reprezintă totalitatea operațiilor numite auxiliare, cum ar fi transportul depozitări, aprovizionarea mașinilor de lucru, evacuarea, control etc.

Un proces de fabricație din punct de vedere organizatoric poate fi:

Proces de fabricație: rigid- cu posibilități reduse de schimbare necesitând investiții mari;

– Proces de fabricație flexibile- cu posibilități ridicate de schimbare a fabricație cu investiții reduse;

Din punct de vedere al modului de desfășurare procesul de fabricație poate fi:

clasice:- cu intervenția permanentă a operatorului uman;

mecanizate:- cu intervenția limitată a operatorului uman;

automat: în care operatorul uman are rol numai de supraveghere a procesului de fabricație, el desfășurându-se în mod automat.

În figura 2.2 se prezintă clasificarea proceselor de fabricație conform acestor precizării.

Fig.2.2 Clasificarea proceselor de fabricație

După cum rezultă din figură orice proces de fabricație se împarte într-un număr limitate de procese parțiale de fabricație care necesită aplicarea unor procedeu specifice.

Suma procedeelor de fabricație necesară pentru realizarea proceselor parțiale de fabricație constituie tehnologia de fabricație. Procedeele de fabricație se definesc din punct de vedere tehnologic prin operații succesiuni de operații caracteristice echipamentelor de lucru și a materie prime la care se referă transformarea.

Operațiile care definesc procesele de fabricației se clasifică în două mari grupe, după rolul lor în cadrul procesului și după efectele lor asupra materiei prime astfel;

Operații de prelucrare ;

Operații de manipulare.

Operațiile de prelucrare realizează schimbarea formei, dimensiunilor, stării de agregare, caracteristice, proprietăților fizico-chimice, proprietăților mecanice etc.

Operații de manipulare

Realizează schimbarea situări obiectelor, sculelor sau dispozitivelor, și obținerea unor date despre acestea.

După modul de organizare a proceselor de fabricație acestea pot fi conform schemei din figura 2.2: rigide,flexibile,clasice,mecanizate,automatizate.

Din punct de vedere istoric primele procese de fabricație au fost considerate flexibile datorită operatorului uman care realizează operațiile de manipulare, fiind elementar flexibil al procesului. Prin introducerea unor instalații respective dispozitive de manipulare s-au înlocuit anumite sarcini de manipulare ale operatorului uman obținându-se procesul de fabricație mecanizat care devine însă și rigid, cu consecințele precizate anterior. Prin introducerea in totalitate a unor instalații sau dispozitive de manipulare printre care și introducerea robotizării procesul de fabricație devine automat dar si cu capacitate flexibile . Elementul principal al flexibilității fiind robotul . Pentru a obține un produs final (mașina, instalație, etc.) în cadrul procesului de fabricație o componentă importanta este formată din operațiile de montaj respectiv de asamblare a componentelor realizate in procesul de fabricație de prelucrare astfel încât se poate prezenta o clasificare generală a unui proces de fabricație a acestor produse, conform figurii 2. 3.

Fig 2. 3. Proces de fabricație general

În general procesele pot fi:

procese naturale care se desfășoară în mod liber în natură sub acțiunea unor factori fizici, chimici etc. în timp, ceea ce conduce la obținerea unor produse naturale fie produse de bun consum fie produse minerale necesare obținerii unor produse industriale

procese artificiale: sunt acelea in care intervine operatorul uman prin procesele de fabricație în vederea obținerii unor bunuri materiale sau servicii.

Procesele de fabricație continue au fost cele dintâi automatizate datorită ușurinței de introducere a sistemelor de automatizare. Procesele discontinue sunt mai greu de automatizat datorită varietăți de tipoforme și tipodimensiuni a produselor precum si datorită varietăților de operații de manipulare care diferă de la produs la produs. Aceste procese pot fi automatizate prin introducerea robotizării. Operațiile de montaj fac parte din categoria operațiilor discontinue.

În figura 2.4 se prezintă locul operațiilor de montaj intr-un proces de fabricație .

Fig. 2.4 Locul operațiilor de montaj în procesul de fabricație

Operațiile de montaj ocupa o pondere însemnată din totalul operațiilor de obținere a unui produs putând reprezenta între 20% – 70%.

Într-un proces de montaj pe lângă aspectul economic este subliniat legătura strânsă dintre montaj si calitatea producției. In cadrul procesului de montaj operațiile tehnologice propriu-zise se îmbina indisolubil cu operațiile de control și verificarea calitativă pas cu pas a ansamblului realizat (figura 2.5). La montaj apar toate deficiențele de pe întregul proces de fabricație și din cauza aceasta fiecare operație de montaj include si verificarea modului în care s-a asigurat calitatea funcțională a ansamblului realizat precum și execuția diferitelor operații de ajustare si reglaj necesare asigurării funcționarii corecte a ansamblului. Există o legătură strânsă intre organizarea procesului de montaj si nivelul general de organizare a producției. Prin intermediul sistemului de fabricație se desfășoară procesul de fabricație. Prin sistem de fabricație se înțelege totalitatea mijloacelor materiale si componente nemateriale care concură la realizarea unui produs și care sunt grupate in timp si spațiu intr-un mod bine determinat.

Între un proces de fabricație si sistemul corespunzător de fabricație exista o corespondenta biunivocă bine determinate. Plecând de la structura procesului de fabricație se concepe structura sistemului de fabricație.

Structura generală a unui sistem de fabricație se prezintă in figura 2.6 .

Fig 2.6. Structura sistemelor de fabricație

Sistemul de fabricație are două componente de bază:

subsistemul de prelucrare care cuprinde operatorul uman (OU), mașini de lucru (ML), dispozitive de lucru (DL), scule (S), robot industrial de prelucrare (RIP). Aceste componente pot exista în totalitate sau parțial într-un sistem de fabricație;

Subsistemul de manipulare prin intermediul căruia se realizează operațiile de manipulare care pot fi realizate de către: operatorul uman (OU) ;dispozitiv de manipulare automata (DMA); instalații aducătoare sau de evacuare (IA/E); roboti industriali de manipulare (RIM).

După gradul de ocupare cu aceste echipamente rezultă tipul sistemului de fabricație.

Pentru realizarea operațiilor de montaj există sisteme de fabricație specifice, care cuprinde subsisteme de manipulare a obiectelor, subansamblelor sau asamblelor și subsistemul propriuzis de montaj(de asamblare).

Prin sistem logistic se înțelege totalitatea mijloacelor materiale și nemateriale care în cadrul unui sistem de fabricație, la momentul oportun asigura fiecare loc de muncă cu tot ceea ce este necesar pentru desfășurarea procesului de fabricație.

Mărimile de intrare materiale (inputuri) ale unui sistem de montaj sunt toate componentele (piese, subansamble etc.) necesare realizării produsului, iar mărimea de ieșire este produsul finit (subansamblu, ansamblu).

Capitolul 3.

Sisteme de montaj

3.1.Montajul văzut ca sistem

Automatizarea complexă a fabricației reprezintă principala tendință de proces în orice tehnologie. Pornind de la această premiză, apare evidentă necesitatea creierii unor condiții corespunzătoare de desfășurare, fără intervenția operatorului uman a unor operații din procesul de fabricație de mașini și aparate instalații, etc, inclusiv a montajului.

Automatizarea integrală a industriei este încă o țintă relativ îndepărtate, dar cu toate acesta în anumite domenii sănt atinse niveluri superioare de automatizare.

Automatizarea unui proces de fabricație implică și este implicată de desfășurarea acestuia într-o unitatea de producție care se funcționază ca un sistem integrat respectiv sistem de fabricație. Conform teoriei sistemelor, sistemul de fabricație se poate definii astfel:-ansamblu structurat de fabricație, de mijoace de producție, legate între ele prin relații ale cărui funcții sunt sarcinile de fabricație considerate.

Conform acestei definiții orice proces tehnologic se poate reprezenta ca un sistem de fabricație ale cărui mărimi de intrare sunt pe de o parte materiale și energie, care se transformă în acest proces și pe de altă parteinstrucțiunile, din care fac parte rețelele, regimurile, operațiile, referitoare la modul de desfășurare a procesului, iar ieșirile din sistem fiind produse rezultat în urma procesului. Pe baza acestora se poate reprezenta schema bloc a unui sistem conform figurii 3.1

Fig.3.1 Schema bloc a unui sistem

Prin schema bloc se înțelege reprezentarea simplificată a unui sistem în care subsistemele sunt reprezentate prin dreptunghiul iar intrările și ieșirile respectiv legăturile dintre subsisteme prin săgeți.

Vectorii de intrare se numește input – uri sau excitație a sistemului având „n” componente scalare:

= [x1 , x2 , … , xn ]T (3.1)

respectiv vectorii de ieșire , se numește output – uri sau răspunsul sistemului avănd „m” componente scalare:

= [y1 , y2 , … , ym ]T (3.2)

Între mărimile de intrare și ieșire se poate stabili o relație de formă:

= (3.3)

unde T reprezintă matricea de transfer exprimând funcția sau sarcina sistemului.

Se înțelege prin funcția unui sistem acea funcție care trasnformă starea caracterizată prin ieșirile sistemului.

În unele situații, asupra unui sistem pot acționa și alte mărimi de intrare neorientate care sunt caracterizat de un vector perturbator = [z1,z2,…zi]T care infuențează vectorul de ieșire într-un mod ce nu poate fi controlat.

Obținerea și menținerea performanțelor sistemelor în acest situații se realizează prin utilizarea unor dispozitive de reglaj, care introduce o buclă de reacție „R”. Prin acestor buclă o parte a ieșirilor este transmisă la intrare pe care le influențează. Schema bloc a unui astfel de sistem se prezintă în figura 3.2 .

Fig. 3.2 Schema bloc cu perturbații

În general orice sistem are în componența sa alte subsistem și la răndul său el fac parte dintr-un alt sistem, astfel încât se poate întocmii o structură ierarhică a sistemelor, conform figurii 3.3.

Din această reprezentare se pot desprinde următoarele:

-orice sistem de rang R, SR are în componența sa siteme de rang inferior SR-1 care pentru sisteme SR se numește subsistem.

-orice sistem de rang R, SR este subsitem pentru un sistem SR+1 de rang superior R+1 acesta numindu-se metosistem sau hipersistem.

Fig.3.3 Structura ierarhică a sistemelor

Într-un sistem de fabricație mărimile de intrare se constituie din materiale (semifabricate, produse, elemente, subansamble), energie (electrică, mecanică, hidraulică, pneumatică, etc), și informație, iar ieșirile sunt materializate prin produsul realizat, deșeuri dar și disipare de energie.

În funcție de numărul mărimilor de intrare respectiv a mărimilor de ieșire sistemele de fabricație pot fi simple sau multiple. Dacă se notează debitele de intrare în sistem și debitele de ieșire , se pot prezenta sisteme după acestă clasificare în figurile următoarele.

Schema sistemului din fig.3.4 este specifică sistemelor de montaj. În acest caz există mai multe intrări reprezentete prin piesele componenete, subansambe, materiale, etc , necesare realizării produsului, iar mărimile de ieșire este materializată de produse finit.

După cum s-a precizat pe lăngă fluxul de materiale intrările în sistemul de fabricație mai sunt constituite și din fluxurile de energie respectiv informație.

Fig. 3.4 Scheme specifice ale sistemelor de fabricație

Fluxul de energie iese din sistem sub formă de energie deșeu (disipată). Fluxul de informații este prezent doar la intrare el fiind impregnat în fluxul de materiale (în produsele finite).

În figura 3.5 se prezintă o schemă bloc a unui sistem de fabricție cu evidențierea tuturor fluxurilor de intrare respectiv de ieșire. Sistemul prezentat cuprinde două subsisteme, S.S.P. subsistem de prelucrare și S.S.M. subsitem de manipulare.

Fig.3.5 Schema bloc generale a unui sistem de fabricație

Fluxuri de:

Materiale

Energie

Informații

S.S.P. – Subsistem de prelucrare

S.S.M. – Subsistem de manipulare

Prin analogie electro – mecanic se poate scrie o relație matematică conform cu legea I a lui Kirkoff , sub forma:

+ + = T (3.4)

Unde:

– outputul fluxului de material

– fluxul de material deșeu

– outputul fluxului de energie deșeu

– outputul fluxului de informație

– inputurile în sistem (material, energie, etc)

Relația (2.4) reprezintă modelul matematic al unui sistem de fabricație general.

3.2 Funcțiile sistemelor de montaj

În general un sistem de montaj este constituit din mașinile și echipamentele de asamblare , energia și forță de muncă.

Funcția generală a unui sistem de montaj este de a transforma, prin reunire a componentelor materiale de intrare Xi , în componente de ieșire Yi .

Această funcție se prezintă în figura 3.6 :

Fig.3.6 Funcția generală a unui sistem de montaj

Mărimile de ieșire Yi ale sistemelui de montaj sunt funcții ale mărimilor de intrare Xi și ale stării sistemului de montaj Zi . Funcția de timp se poate scrie sub forma:

Yi = f [Xi(t), Zi(t)] (3.5)

Produsele finite (Pi) (ansamblul, subansamblul) reprezintă mărimea de ieșire caracteristică a sistemelor de montaj și poate fi descrisă ca o mulțime de caracteristici Xi și Yi conform relației:

Pi = [ xi , yi ] (3.6)

Deci un produs finit poate fi considerat ca o mulțime de perechi de intrare – ieșire ordonate în timp. Funcția generală a unui sistem de montaj este alcătuită din mai multe subfuncții numite în continuare funcțiile montajului, fiecăruia corespunzăndu-i un subsistem al sistemului de montaj.

Funcțiilde sistemului de montaj sunt:

Manipurarea (alimentarea cu subproduse)

Montajul (asamblarea) subproduselor

Controlul montajului

Reglarea componentelor sistemului

Comanda sistemului

Întreținerea sistemului

Funcții speciale ( integrate funcție de montaj cu scopul tehnologie )

Funcții auxiliare ( alimentarea cu energie , materiale auxiliare , etc )

3.3. Flexibilitatea în tehnologia de montaj

Conceperea și realizarea unor sisteme flexibile de montaj reprezintã o activitate actuală dar dificilã a tendinței care marcheazã principala strãpungere tehnologicã a zilelor noastre, în toate ramurile industriale, cu procese de fabricație discontinue, asigurând în acest fel trecerea la tehnologii flexibile, cu înalt nivel de automatizare.

Automatizarea montajului, cu ajutorul unor mijloace de producție la nivelul tehnologiei contemporane în special cu ajutorul manipulatoarelor și roboților este menitã sã exercite o influențã deosebitã asupra economiei și calității producției.

Așa cum s-a arãtat montajul reprezintă o mare concentrare de manopera .Existã în prezent o rămânere în urmă în ceea ce privește dotarea cu mașini și echipamente a operațiilor de montaj, în raport cu alte operați de prelucrare.

Caracterul accentuat manual al operațiilor de montaj, introduce uneori abateri de la calitate la operațiile premergătoare,acoperite prin ajustări și reglări la montaj,care pot deveni defecte ascunse. O serie de studii făcute la numeroase firme, a constatat că modernizarea tehnologiei de montaj poate conduce la creșteri substanțiale de productivitate, de câteva ori, precum și la asigurarea unei calități sporite a produselor.

Soluția clasică de organizare a montajului a fost și este specifică producției de serie mare și a cuprins inițial producția de automobile.

S-a sesizat faptul că această formă de organizare tehnologică,devenită tipică pentru secolul XX,avea cel puțin două inconveniente majore. Primul inconvenient este rigiditatea sistemului. Al doilea inconvenient îl constitue necesitatea înlocuirii aproape integrală a echipamentelor de asamblare la lansarea unui nou produs în fabricație. În ultimul timp s-au produs deplasări pe scara priorităților care definesc competitivitatea, menținând pe primul loc nivelul costurilor, dar a crescut mult importanța calității, în sensul adaptării la cerințele pieții și înoirii rapide al produselor.

Cerința de flexibilitate a devenit predominantă, cea ce explică violente răsturnări de poziții în domeniul industriei de automobile,industria produselor de larg consum etc.

Tehnologiile flexibile de montaj presupun abordarea tehnologiei ca sistem,cea ce presupune trecerea de la concepția izolată a fiecărei operații în care este descompus procesul, la concepția integrată a sistemului tehnologic, la sinteza dintre metodele de muncă și echipamentele necesare acestei operații. În acest caz un rol important revine tipizării sub următoarele aspecte: gruparea morfologică a pieselor, subansamblelor și ansamblelor respectiv tipizarea elementelor componente respectiv ale echipamentelor tehnologice care compun operațiile de montaj.

În aceste condiții piesele, subansamblele, care fac obiectivul procesului de montaj nu mai reprezintă forme individuale ci se integrează în familii de produse, având caracteristici tehnologice comune.

Sistemul tehnologic se va proiecta în acest caz pentru o familie de piese sau ansamble înrudite. În mod similar și structura echipamentelor care formează sistemul tehnologic de fabricație nu mai reprezintă o concepție izolată, specifică, ci este constituită dintr-un număr de ansamble funcționale, care la rândul lor, fac parte din sisteme de module tipizate.

Aceste aspecte reprezintă nu numai o schimbare de metode, ci și o inovare în gândire, în primul rând prin faptul că proiectarea tehnologiei ca sistem implică adoptarea „specializarii-produs”, în opoziție cu „specializare-proces”.

Specializarea – produs reprezintă punctul de plecare pentru automatizarea complexă a producției.

În particular adaptarea specializării-produs stă la baza creării sistemelor de montaj cu grad înalt de mecanizare și automatizare. Tendința modernă a acestei gândiri constă în extinderea acestor sisteme și în cazul fabricației de serie mijlocie sau mică.

Promovarea specializării – produs în aceste zone cu serii mici și a produselor care se diversifică intens presupune asocierea noțiunii de sistem de fabricație cu noțiunea de sistem de „flexibilitate”.

Prin flexibilitate se înțelege capacitatea sistemului de a se adapta sarcinilor de producție diferite, atât din punct de vedere al formei și dimensiunilor produsului cât și din punct de vedere al procesului tehnologic de fabricație.

Noțiunea de flexibilitate constitue o caracteristică importantă a unui sistem de fabricație. Se consideră că nivelul de automatizare a unui sistem tehnologic este cu atât mai înalt cu cât prezintă mai putină dependență față de operatorul uman.

Spre exemplu un automat de montaj se află pe o treaptă superioară de automatizare față de un conveior (bandă) de montaj fără echipamente, sau cu echipamente manevrate de operatorul uman. Un sistemt automat de montaj al cărui program poate fi schimbat,fiind mai flexibil decât automatul rigid,putând executa o varietate mai mare de operații, se situază pe o treaptă de automatizare mai înaltă. Prin crearea sistemelor de montaj comandate prin calculator, flexibilitatea acestora poate deveni totală,aplicabilă chiar în producția de unicate.

Concepția sistemelor flexibile de montaj se bazează în esența pe următoarele:

a) Descompunerea programului de fabricație în grupe de produse sau ansamble cu caracteristici „tehnologice-constructive” similare, pe baza metodelor tehnologice de grup, și crearea de subsisteme de montaj specializate pentru diferite grupe de produse sau ansamble.

b) Conceperea integrată a montajului, respectiv definirea acestuia ca sistem și proiectarea corelată a subsistemelor: tehnologic, manipulare, control, comandă.

c) Construcția modulată, în sensul compunerii sistemului din elemente, subsisteme cunoscute cu posibilități de rearanjare.

d)Realizarea flexibilității sistemului, prin recombinarea modulară, prin crearea posibilităților de reglaj și comutare în cadrul întregului sistem și a fiecărui subsistem în parte.

Capitolul 4

Bazele proiectării tehnologiei de montaj

4.1.Funcțiile sistemelor de montaj

Determinarea exactă a funcțiilor unui sistem de montaj prezintă importanță pentru conceperea tehnologiei de montaj.

Prin tehnologie de montaj se înțelege totalitatea operațiilor și fazelor care concura într-o anumită ordine la realizarea unui produs (ansamblu, subansamblu) constituit din mai multe elemente(piese,repere etc.).

Manipularea – include toate operațiile și fazele de deplasare, așezare, orientare a pieselor, subansamblelor și produselor finite pe parcursul întregului procese de montaj.

Montarea – propriu zisă, include totalitatea operațiilor fazelor tehnologice care se efectuează asupra pieselor (reperelor) și subansamblelor pentru realizarea subansamblelor de rang superior respectiv al produsului finit;

Controlul – include operațiile de verificare dimensională și funcțională, care au loc intermediar (după una sau mai multe operații de manipulare și montaj) pe tot parcursul procesului de montaj.

În cadrul funcțiunii tehnologice de montaj se deosebesc:

Asamblarea – care cuprinde operațiile de îmbinare și solidarizare a pieselor și subansamblelor

Reglare și ajustarea – constând din operații prin care se caracterizează dimensional sau funcțional produsul realizat, în conformitate cu rezultatul operațiilor de control.

Operații speciale – marcare, ungere, degresare, vopsire, încălzire, răcire, conservare etc.

Funcțiile montajului precizate sunt realizate de către subsistemele corespunzătoare: de manipulare, tehnologic respectiv de control. Relațiile dintre aceste subsisteme și în cadrul lor se stabilesc de către subsistemul de comandă.

4.2.Clasificarea și reprezentarea funcțiilor de montaj

La întocmirea graficului unui sistem de montaj se pot utiliza simboluri convenționale, care simbolizează operațiile din procesul de montaj.

În figura 4.1 se prezintă simbolurile convenționale după normele germane V.D.I.3239, utilizate în anumite operații de montaj.

Reprezentarea prin simboluri a funcțiilor (operațiilor) unui sistem de montaj are o serie de avantaje. Utilizarea catalogului de simboluri asigură o desfășurare ordonată a analize produsului technologic de montaj care trebuie proiectat.

Pentru reprezentarea unei operații care se execută simultan în același loc de muncă, simbolurile se desenează adiacente, iar succesiunea în timp a operațiilor este marcată prin săgeți.

Fig. 4.1.Simboluri convenționale pentru operații de montaj V.D.I.3239.Germania

a) operații de montaj; b)operații de manipulare; c)operații de control; d)operații de ajustare-reglare; depozitarea vrac; alimentare transfer; control poziție; nituire; transfer; rotire; transfer; alimentare din depozit ordonat; presare; evacuare.

În figura 4.2. este dată reprezentarea schematică a unui sistem de montaj după aceste reguli.

Fig.4.2.Schema unui sistem de montaj cu simboluri – depozitare vrac; alimentare;transfer; control poziție; nituire; transfer; rotire; transfer; alimentare din depozit; presare; evacuare.

În cadrul procesului de montaj operațiile precizate mai sus consumă anumiți timpi care depind de o serie de factori. O atenție deosebită trebuie acordată preciziei pieselor de asamblat, în vederea reducerii, eliminării, operațiilor de ajustare. Operațiile de manipulare consumă circa o treime din timpul total de montaj, inpunînd acordarea unei atenții deosebite acestora.

4.3. Parametri de bază ai montajului

Pentru alegerea formei optime de organizare a montajului, se pleacă de la calculul principalilor parametri ai sistemului de montaj: numărul posturilor de lucru și tactul (ritmul) de lucru.

Numărul locurilor de muncă se calculează cu relația:

L=N·t /F (4.1)

unde: L – număr de posturi de lucru;

t – timpul total de montaj al produsului [ore/buc]

N – programul de producție [buc/an]

F – fondul de timp efectiv [ore/an]

Fondul de timp efectiv se calculează cu relațiile:

F=η·Fn (4.2)

Fn=z·s·h

unde: F-fondul de timp nominal [ore/an]

η-randamentul utilajelor

z-numărul de zile lucrătoare [an/ore]

s-regimul de lucru [schimburi/zi]

h-durata unui schimb [ore]

Numărul posturilori de lucru determină gradul de diviziune al operațiilor de montaj. Pentru a putea trece la un nivel superior de organizare a montajului este necesar că gradul de diviziune să fie suficient de ridicat,practic indicând L>3.

În același timp trebuie examinate cu atenție posibilitățile de concentrare,în cadrul aceluiași sistem adică montajul unui număr cât mai mare de produse cu caracteristici funcționale, constructive și technologice similare. În condițiile proiectării technologiei de montaj bazate pe tipizare și unificare, sistemele de montaj trebuie organizate pe familii și serii unitare de produse. În acest caz relația (4.1.) devine:

(4.3)

în care Ni și ti, reprezintă cantitațiile și timpii de montaj pentru fiecare din cele m produse diferite.

Capacitatea de producție a sistemului de montaj definită prin numărul de produse realizate în unitatea de timp este dată de una din relațiile:

Ө=N/F (4.4)

sau

Ө=L/t (4.5)

Capacitatea reală a sistemului depinde de randamentul sistemului:

Өr=ηs·Ө (4.6)

Tactul (ritmul) de montaj, reprezintă intervalul de timp la care un produs părăsește sistemul de montaj și se determina cu relațiile:

r =I/Ө?=F/N (4.7)

sau

r =t/L (4.8)

Dacă în același sistem se montează produse diferite,tehnologii și timpi de muncă diferți ținând cont de relația (3.3),rezultă tactul pentru diferitele produse:

(4.9)

Capitolul 5.

Automatizarea operațiilor de manipulare în montaj

5.1.Importanța problemei

Prin „manipulare” așa cum s-a arătat, se înțelege ansamblul mișcărilor de lucru care asigură deplasarea, așezarea și orientarea corectă a pieselor, sau subansamblelor pe tot parcursul unor operații tehnologice .

Dintre problemele generale ale automatizării proceselor de fabricație, automatizarea operațiilor de manipulare a pieselor (subansamblelor) în procesul de asamblare este una din cele mai complicate, datorită complexității sale, a variației formei și a dimensiunilor pieselor care intră în alcătuirea unui produs. Există în prezent o gamă largă de dispozitive și echipamente care realizează operații de manipulare, respectiv de alimentare cu piese, pondere însemnată din manipulări, în special la montaj se execută însa manual, sau cu intervenția directă a omului. Trecerea de la manipularea manuală la manipularea automată reprezintă una din problemele cele mai importante ale automatizării producției și în special a montajului.

Problema creerii unor sisteme de echipamente tipizate destinate manipulării automate a pieselor a devenit o preocupare de prim ordin a specialiștilor, respectiv a firmelor mondiale cu preocupări tehnologice. Analizând structura fiecărei funcții de manipulare în parte, se constată că ele se compun dintr-o succesiune de mișcări elementare: translații rotații, apucă (prinde), dă drumul, parametrii geometrici ai acestori mișcări (poziția inițială și poziția finală a mișcări) și succesiunea lor în timp diferind de la un caz la altul. Prin aceste constatări se poate defini un alt mod de concepție al sistemului modular de elemente de automatizare a manipulatorilori, prin asocierea a câte unei familii de modele cu fiecare mișcare elementare. Rezultă astfel o familie de module de translație, o familie de module de rotație și alta de dispoztive „apucă-dă drumul”. Prin combinarea în diferite feluri aceste tipuri de elemente și prevăzând un sistem de comandă adecvat,care să asigure succesiunea în timp ai parametrilor geometrici ai mișcărilor se poate rezolva orice problemă de manipulare.

Aceasta este geneza logică a „robotului industrial” creație a tehnologiei deceniului VIII, al secolului XX. Prin realizarea roboților industriali și implementarea lor în sisteme de fabricație, se realizează elemente de automatizare a manipulărilor, prezentând o mare flexibi-litate, respectiv o mare adaptabilitate la sarcini tehnologice diferite, ceea ce îi recomandă în sisteme de fabricație în care se cer schimbări relativ frecvente ale operațiilor de manipulare de efectuat.

În vederea realizării mecanizării și automatizării sistemelor de manipulare a pieselor sunt necesare studii referitoare la:

-clasificarea pieselor din punct de vedere a condițiilor de manipulare automată:

-clasificarea modurilor de manipulare a pieselor (în funcție de felul mișcării comportamentul în timpul mișcării, de ghidare în timpul mișcării, orientarea acestora ,dozarea către punctul de lucru etc.)

5.2.Clasificarea pieselor din punct de vedere al condițiilor de manipulare automată

Elaborarea clasificării morfologice a pieselor din punct de vedere al manipulărilor automate a făcut și face obiectivul a numeroase programe de cercetare.

Unul din aspectele de la care se pornește în aprecierea și clasificarea pieselor din punctul de vedere al pretării lor la manipulare automată este așa numita neorientabilitatea pieselor (U), care exprimă dificultatea de orientare a lor . Gradul de neorientabilitatea U depinde de numărul pozițiilor posibile pe care poate să le ocupe piesă în procesul de producție ( montaj).

În sistemul de coordonate rectangulare neorientabilitatea se exprima prin numărul de valori ale coordonatelor și unghurilor necesare pentru stabilirea poziției unei anumite axe.

Gradul cel mai mare posibil al neorientabilității este dat de relația:

U=W+S+C (5.1)

Unde: W – numărul de rotații al unui anumit unghi, necesare pentru orientare (bilă W=0 cilindru, W=2, piese obișnuite W=3);

S-numărul de fețe opuse neparalele;

C-constanta care reprezintă distribuirea (dispersia) pieselor;

C=1; distribuirea pieselor după o dreaptă

C=2; piese dispersate pe suprafața

C=3; piese dispersate în spațiu

Gradul de neorientabilitate corespunde măsurilor necesare pentru orientarea piesei în așa fel în cât ea să fie adusă în poziția dorită (în acest caz valoarea U corespunde numărului de faze de orientare U). O importanță deosebită prezintă așa numita poziție naturală a pieselor.

Poziția naturală luată de o piesă este accea poziție stabilă pe care o ia piesa respectivă pe baza formei sale geometrice și a poziției centrului de greutate,dacă asupra ei acționează o forță constantă. Apoi probabilitatea orientării este definită că raportul dintre numărul de poziții favorabile pentru orientare și numărul de poziții posibile ale piesei .Dacă este cunoscută distribuirea statistică a poziților de repaus ale piesei se va stabili apoi și pozițiile naturale de orientare a piesei.

Pe baza aprecierii orientabilității, Frank a conceput clasificarea pieselor .Clasificarea cuprinde comportamentul piesei în orientarea să, în scopul sistematizării construcției diferitelor dispozitive de manipulare .Sub acest aspect apare necesare gruparea pieselor cu comportament egal sau asemănător. Bazat pe această concepție a impărțit întreaga gamă de piese în 12 grupe diferite fiecare grupă având un reprezentant standard.

În rezolvarea problemei concrete, piesa este trecută în grupa sa pe baza aprecierii comportării ei în instalația de orientare. În funcție de tipul de comportare,se utilizează acel tip de echipament de manipulare care a fost deja proectat pentru reprezentantul standard al grupei respective.

5.2.1 Clasificarea pieselor după G.Boothroyd

Acest sistem de clasificare a fost eleborat de G.Boothroyd, de la Universitatea din Massachusets – S. U. A, în cadrul unor lucrări de cercetare privind automatizarea manipulărilor. El ea în considerare pozițiile naturale ale pieselor și modul de descompunere a lor pe suprafața de ghidare a dispozitivului de orientare. El utilizează principiul barierei energetice și ea apoi în considerare factorii principali de influențare a probabilității apariției poziției naturale și a posibilității de orientare a piesei:

– forma geometrică a piesei;

– caracteristicile suprafeței piesei;

– geometria suprafeței de ghidare în orientare;

Acest sistem de clasificare a pieselor are ca scop principal gruparea pieselor pe categorii care se caracterizează prin probleme identice ridicate de manipularea și orientarea lor în dispozitivele de manipulare.

Clasificarea propusă conduce la un cod format din 3 cifre:

prima cifra codifica piesele în funcție de secțiunea în piese,cu secțiune rotundă ,triunghiulara, pătrată, dreptunghiulară, prismatica sau altele.

a doua și a treia cifră reprezintă simetriile pieselor din punct de vedere al posibilităților de rotație de către instalațiile de orientare.

Schematic clasificarea pieselor după G.Boothyroyd, se prezintă în figurile 5.2.și 5.3.

Ținând cont de marea diversitate construtiva a pieselor care se montează (asamblează), acestea pot fi împărțite în două mari categorii:

– piese rotunde

– piese cu muchii prismatice.

Fig 5.2.Clasificarea și sistemul de codificare a pieselor din punct de vedere al

condițiilor de manipulare automată după G.Boothroyd (Universitatea din Massachusets)

5.2.2 Clasificarea pieselor după A.N.Rabinovič

Rabinovič a întocmit o clasificare a pieselor rotunde și cu muchii din punct de vedere al posibilităților de manipulare a lor. În funcție de numărul de axe de simetrie,piesele care se rotesc se împart în patru categorii (figura 5.4)

Prima categorie cuprinde piese absolute simetrice adica piesele care,în afară de axă de simetrie, mai au și un plan de simetrie perpendicular pe axa principală de rotire orientare

Acestor piese se necesită suprapunerea axului principal cu axa de simetrie a piesei.

Cea de-a doua categorie din sistemul de clasificare cuprinde piese care au numai axe de rotație; aceste piese nu au alte planuri simetrice (cilindri cu teșituri, discuri, șuruburi etc.)

Orientarea unor astfel de piese reclamă suprapunerea axei de simetrie cu axa coordonatelor de orientare a piesei respective. Orientarea primară, din cauza absenței simetriei față de planul perpendicular pe axa de rotație, condiționează orientarea secundară,adică orientarea după planul coordonat, perpendicular pe planul simetriei cel mai frecvent prin rotirea piesei cu 180°.

Fig.5.3.Clasificarea sistemului de codificare a pieselor cu secțiune dreptunghiulară

după G.Boothroyd. (Universitatea din Massachusets)

Fig.5.4.Clasificarea piselor rotunde după Rabinovič

Cea de-a treia categorie cuprinde piese de rotație care au două planuri simetrice reciproc perpendiculare. Forma de bază a pieselor din această categorie este identică cu a pieselor din categoria I-a. Orientarea acestor piese necesita orientare primară și orientarea secundară.

Rotația primară se referă la axa de rotire, orientare secundară se referă la rotirea piesei în planul YZ.

Piesele incluse în categoria a VI-a prezintă caracteristicile pieselor din cea de a doua categorie, însă au la baza formei lor geometrice, suprafețe suplimentare, după care trebuie orientată piesa. Este vorba în special de crestături ale ieșirilor, de orificii ale flanșei, de crestături pe suprafața cilindrului. Orientarea primară se referă la axa de rotire și, din cauza absenței simetrieie în funcție de planul perpendicular pe axa de rotire, aceste piese necesită orientarea secundară în planul XY (prima treaptă) și în planul YZ (cea de-a doua treaptă a orientării secundare). Piesele acestei categorii necesită trei trepte de orientare.

Din cele expuse rezultă că odată cu creșterea complexității pieselor și a numărului gradelor (treptelor) de orientare, crește și complexitatea orientării lor. Piesele de rotire din categoria primară necesită numai orientarea primară, după axa ei de simetrie, ceea ce este ușor de obținut în buncăr. Piesele din cea de-a doua categorie pot după orientarea primară a buncărului să apară în două poziții. Orientarea suplimentară secundară trebuie efectuată în afara buncărului în plan coordonat dorit. Orientarea completă a pieselor din a treia categorie nu se poate realiza în buncăr. În afara buncărului sunt necesare ambele trepte de rotire secundară.

În figura 5.5 se prezintă o clasificare a pieselor prismatice

Fig 5.5.Clasificarea pieselor prismatice după Rabinovič

5.2.3.Clasificarea modului de manipulare a pieselor

Făcând o clasificare similară a modurilor de manipulare, se poate determina pentru fiecare tip de piesă, cel mai corespunzător mod de manipulare, putându-se alege astfel cele mai corespunzătoare dispozitive de manipulare.

O clasificare a modurilor de manipulare se prezintă în figura 5.6 pe baza lucrărilor Universitații din Stuttgart.

Fig.5.6 Clasificarea modurilor de manipulare a pieselor (Universitatea din Stuttgart)

În figurile 5.7 și 5.8 se prezintă o clasificare și codificare mai complexă are ține seama și de comportarea pieselor la manipulare (Universitatea din Stuttgart)

Fig 5.7.Clasificarea pieselor în funcție de modul de așezare la manipulare (Universitatea din Stuttgart)

Fig.5.8.Clasificarea pieselor cu suprafețe cilindrice din punct de vedere a condițiilor de manipulare automată

Capitolul 6.

Robotizarea operațiilor de montaj

6.1. Manipulatoare și roboți în sisteme de montaj

Manipulatoarele și roboții industriali reprezintă o direcție aparte în concepția modernă a dispozitivelor de manipulare, pe linia realizării unor mecanisme capabile să realizeze o serie de mișcări variate, sub conducerera unui sistem de comandă. Manipulatoarele și roboții industriali reprezintă module ale sistemelor de manipulare flexibile adaptabile cu ușurință de la o sarcină de manipulare la alta. Aceste sisteme reprezintă elemente constructive de bază ale sistemelor flexibile de montaj, datorită în principal flexibilității funcționale a lor, a calității pe care o au de a efectua o mare varietate de mișcări printr-o reprogramare corespunzătore.

În aceste condiții se pot evidenția câteva avantaje privind folosirea manipulatoarelor și roboților industriali în sistemele de fabricație și în speță în sistemele de montaj, în comparație cu dispozitivele specializate de manipulare:

– disponibilitate promtă, respectiv timp scurt de realizare a sistemelor de manipulare, utilizând manipulatoare și roboți din stoc disponibili, reutilizabili;

– reducerea duratei de reglaj și punere în funcțiune a unor sisteme noi de manipulare, ca urmare a condițiilor ușoare de readaptare la situațiile nou create;

– siguranță în funcționarea sistemelor de manipulare datorită posibilităților de realizare modulară a roboților industriali și de realizare a acestora în cadrul unei fabricații de serie, din elemente tipizate de mare fiabilitate.

– posibilități de reprogramare rapidă a ciclului de manipulare.

În general un sistem nou de manipulare cu roboți sau manipulatoare reprezintă o investiție inițială mai scumpă decât a unei automatizări specializate rigide, însă datorită avantajelor precizate anterior, în timp și în special în situția schimbării frecvente a producției ele devin mult mai eficiente economic.

Într-un sistem de montaj, funcțiile unui robot sau manipulator pot fi: de manipulare a obiectelor, îmbinarea obiectelor pentru asamblare, controlul montajului, evacuarea produselor asamblate, etc.

Utilizarea manipulatoarelor și roboților industriali într-un sistem de montaj se prezintă în figura 6.1.

Fig.6.1. Structura unui sistem de montaj cu robot sau manipulator

R(M) – robot sau manipulator;

A – sistem de alimentare cu piese;

S – magazie de scule;

T – sistem de transfer;

1…4 – traseele mișcărilor realizate de R sau M (în plan).

Un sistem de transfer T, aduce subansamblul în postul de lucru Pi (subansamblul de piese a fost realizat până la postul Pi-1. Postul de lucru (Pi) poate fi constituit dintr-o paletă (poziționată riguros) sau dintr-un dispozitiv de orientare care asigură orientarea corectă a subansamblului în vederea asamblării postului. Deoarece operațiile de montaj cu manipulator sau robot , ca de altfel orice operație de montaj automat, nu se poate face decât cu subansamblul staționar, impune ca sistemul de transfer să fie de tip discontinuu, cu oprire și poziționare corectă în post, fie prin intermediul paletei care insoțește subansamblul pe tot parcursul sistemului de montaj, fie prin așezarea succesivă a subansamblului realizat în dispozitivele din fiecare post de montaj.

Robotul manipulează piesele și realizează îmbinarea lor la un anumit post. În acest scop, în jurul postului de lucru (spațiul de lucru al robotului) sunt amplasate dispozitive de alimentare cu piese A.

În caz general, conform celor prezentate anterior un astfel de alimentator este compus dintr-o succesiune de dispozitive cu diverse funcții:

depozitare (depozite, magazine, acumulatoare);

captare-extragere;

transfer;

orientare;

livrare bucată cu bucată, etc.

Numărul de sisteme de alimentare cu piese dispuse la un anumit post de lucru depinde de programul de operații atribuit postului de montaj.

Dacă se utilizează alimentarea din magazii multiple așezate pe mese rotative indexabile, sau benzi flexibile pe care sunt prinse piesele se ajunge la posibilitatea de a alimenta un post de lucru cu zeci de piese diferite în vederea montajului. Dacă piesele în vederea montajului sunt mult diferite ca formă, dimensiuni și posibilități de prindere, robotul sau manipulatorul trebuie să fie prevăzut cu dispozitiv de prehensiune multiplu (revolver sau alte structuri).

Efectuarea operațiilor de montaj propriu zis, cum ar fi nituire, înșurubare, presare, sudare, lipire, etc se realizează de obicei de către dispozitive și mașini specifice dispuse în jurul postului de lucru P.

Roboții sau manipulatoarele pot prelua efectuarea directă a unor operații, în general operații care nu solicită excesiv structura mecanică a robotului. În aceste cazuri robotul trebuie să prindă succesiv diferite unelte de lucru (clești de sudură, dispozitiv de nituire, mașini de înșurubat, etc.). Pentru aceasta trebuie să se dispună de magazin de scule S, amplasat în zona de accesibilitate a robotului sau manipulatorului. În unele cazuri concrete un post de lucru poate fi deservit de doi sau mai mulți roboți sau manipulatoare ale căror mișcări sunt sincronizate prin program.

Robotul industrial poate prelua și alte funcții decât cele menționate, cum ar fi funcția de transfer, fucția de orientare, funcția de captare-extragere, etc.

În alegerea unui sistem de montaj convențional sau sistem robotizat, există o serie de condiții care acționează în favoarea utilizării roboților, conform tabelului 6.1.

Primele două condiții sunt determinante pentru realizarea unor termene scurte de proiectare-excuție-testare-dare în funcțiune a sistemului, deoarece având la dispoziție roboți de montaj cu performanțe verificate, durata ciclului se reduce la minim.

Este de preferat obțiunea sistemelor convenționale dacă nu este îndeplinită prima condiție din tabel, sau dacă utilizarea roboților ar determina complicarea excesivă a echipamentelor specifice, în special a dispozitivelor de magazinare, orientare și alimentare.

Roboții sunt preferați în cazul pieselor și ansamblelor deformabile, casante, precum și acolo unde traseele de manipulare sunt sinuoase și implică schimbări frecvente de poziții ale ansamblului.

Tabelul.6.1. Condiții care determină utilizarea roboților în sistemele de montaj.

Pentru condițiile 4 și 5, introducând robotul, echipamentul de comandă tipizat al acestuia va putea îndeplinii de obicei și funcțiunile de comandă pentru ansamblul sistemului de montaj nemaifiind nevoie de echipament specific.

Condiția de flexibilitate este net în favoarea roboților sub aspectul posibilităților lui de adaptare la o diversitate mare de tipuri de ansamble și procese de montaj.

6.2. Alegerea variantei pentru sistemele de montaj cu roboți și manipulatoare

Procesul de proiectare a unui sistem de montaj se prezintă în schema din figura 6.2.

Tema de proiectare cuprinde descrierea produselor de realizat (ansamble, subansamble), sub forma desenelor de execuție și a condițiilor tehnice de calitate, datele procesului de producție (producția, mânuirea loturilor, cadența), precum și constrângerile impuse ,cum ar fi costul montajului sau productivitatea muncii, volumul maxim de cheltuieli pentru echipamentul tehnologic nou și termenul de punere în funcțiune.

Se elaborează „schema de montaj” pe baza documentației de execuție, care cuprinde succesiunea operațiilor de montaj. Schema operațiilor de montaj se reprezintă utilizând simboluri. În general un ansamblu admite mai multe scheme de montaj. Schema de montaj trebuie să facă obiectul optimizării prin compararea diferitelor variante de montaj.

Divizarea procesului de montaj, reprezintă faza de repartizare a sarcinilor pe postul de montaj. Practic unele sisteme avansate de montaj nu sunt bine utilizate, astfel încât în perioadele de vârf (cerere mare) „nu fac față”, iar în restul perioadelor „au o capacitate de producție prea mare”, nefolosită.

Potențialul de lucru (de producție) al unui sistem de montaj, exprimat în timp de lucru pe o anumită perioadă rezultă din înlănțuirea duratei de execuție a montajului unui produs cu numărul de produse care trebuie montate într-o perioadă dată.

Fig.6.2. Etapele procesului de proiectare a unui sistem de montaj cu roboți

Ti – durata de montaj a unui produs [h]

N – numărul de produse [buc/perioadă]

T- durata fazelor de montaj – potențialul de lucru.

Potențialul de lucru se prezintă în figura. 6.3.

Fig.6.3. Potențialul unui sistem de montaj

a.- într-un post; b,c – divizat pe posturi

De regulă potențialul depășește posibilitățile unui singur post de montaj, încât se face o diviziune a acestuia (figura.6.3. b,c).

Figura 6.3.b. reprezintă o diviziune a operațiilor de montaj, iar figura 6.3.c. o diviziune a cantității de montaj pe mai multe posturi identice.

Divizarea posturilor se poate face în serie sau în paralel. Sistemele de montaj constituite din module tipizate care se pot recombina, reașeza, la schimbările de temă, divizarea optimă a produselor de montaj se realizează în general prin descompunerea în operații relativ simple, aranjate în serie.

În cazul sistemelor cu roboți se tinde dimpotrivă spre o concentrare a operațiilor, astfel încât posibilitățile funcționale ale robotului să fie cât mai mult utilizate (integral), cu viteze cât mai mari de lucru și cu staționări cât mai reduse. Eficiența maximă a sistemelor de montaj cu roboți se obține prin diminuarea la minim a numărului posturilor dotate cu roboți și prin cuplarea acestora cu posturi automate echipate convențional, cu module tipizate pentru operații simple, precum și cu posturi deservite manual în anumite cazuri.

Elaborarea structurii sistemului de montaj se concretizează într-un plan de situație, denumit „Lay-out” (plan de amplasament).

Se utilizează mai multe variante preliminare spre analiză și alegerea finală. În vederea facilitării acestei alegeri se recomandă utilizarea unor „cataloage de sisteme de montaj” (realizat de proiectant pe baza lucrurilor anterioare sau a altor proiectanți, precum și din literatura de specialitate, sau alte baze de date).

6.3 Exemple de roboți industriali utilizați în diverse operații

6.3.1 Fanuc M-900iA

Robotul M-900iA este robotul pentru sarcini mari a cărui capacitate de incărcare a brațului este intre 260kg – 600kg.

Sunt disponibile trei modele pentru a satisface o varietate de aplicații

Robotul FANUC M-900iA/600

Acest model are o capacitate de incărcare de 600kg care este cea mai mare dintre roboti articulati cu 6 axe. Capacitatea de incarcare a bratului este imbunătățită drastic, astfel încât brațul puternic permite transferul de panouri pentru construcții.

Acest model are o capacitate de încârcare de 350kg. Anvelopa de miscare (spatiul de lucru) este extinsă prin eliminarea amortizorului de pe axele J2 si J3. Acest model poate fi montat pe pardoseală sau pe tavan

Robotul FANUC M-900iA/260L

Acesta este un model cu braț lung care are ocapacitate de încârcare de 260kg si o raza de lucru de 3.1m. Acest model permite transferul rapid de la distanță a pieselor mari. Brațul poate fi utilizat in condiții de siguranță în medii de lucru nefavorabile deoarece are protectie echivalenta IP67.

M-900iA este controlat de noul controler R-30iA. Acest lucru permite clienților să utilizeze cele mai noi funcții de control.

Robot Info:

Numărul de axe controlate: 6 axe;

Acoperire maxima: 2650 mm

Capacitatea de încărcare maxima a brațului: 350kg;

Repetabilitate: 0.3mm;

Greutatea unității mecanice: 1,720kg

Aplicații: Sudare în puncte; Manipulare; Lipire; Asamblare; Manipulare matrițe;

Robot inteligent: senzor de vedere 3-D ;

Observații: Pachet anti praf/drip (opțional);

Braț de robot special creat pentru sudarea in puncte (opțional)

Fig 6.9 Panoul de comandă

Fig.6.10 Vedere de sus

Fig.6.11 Spațiul de lucru al robotului

6.3.2. ARC Mate 100iC

Fig.6.12 ARC Mate 100iC

Robotul ARC Mate 100iC / 120iC este un robot ce poate integra forța pentru sudare cu arc electric fiind robotul cu mișcarea cea mai perofrmantă din clasa sa. Sunt disponbile patru modele pentru a satisface o varietate de aplicații:

ARC Mate 100iC : raza maxima 1.42m, sarcina maxima 10kg

ARC Mate 100iC/6L : raza maxima 1.63m, sarcina maxima 6kg

ARC Mate 120iC : raza maxima 1.81m, sarcina maxima 20kg

ARC Mate 100iC/10L : raza maxima 2.01m, sarcina maxima 10kg

Brațul cu rigiditate foarte ridicată și cea mai avansată thenologie servo permite creșterea vitezei maxime și accelerației. Aceastea reduc cicilul de lucru cu mai mult de15% si realizează cea mai înaltă productivitate în lume. Mecanismul unic de acționare din axele brațelor robotului permite realizarea celui mai subțire brat de robot din lume ce poate intregra o forță pentru sudură. Aceasta permite sudarea ușoară în spații înguste și o denistate mare de instalări. Robotul poate integra cablu de sudură suplimentar alimentatorului cu sârmă si furtune pentru gaz.

Capacitatea de încărcarea îmbunătățită a bratului permite montajul diferitelor tipuri de scule pentru sudură si acesoriilor acestora ca de exemplu senzori, forțe servo si forte în tandem.

Funcții inteligente sunt disponibile ca opțiune, ca de exemplu „iRVision” care permite realizarea unei suduri precise chiar daca piesa are o eroare de pozitionare, „colision detect” care minimizeaza distorsiunile cauzate de posibilele coliziuni ale forței si „coordinated motion” care menține o viteză relativă optimizată si o anumită orientare.

Fig. 6.13 Schema cuplelor cinematice

Robot Info:

Numărul de axe controlate: 6 axe;

Acoperire maxima: ;

Capacitatea de încărcare maxima a brațului: 10kg;

Suprafața de mișcare: Viteza maximă:

J1 340deg;

J2 250deg;

J3 445deg;

J4 380deg;

J5 380deg;

J6 720deg;

Repetabilitate:0.08mm;

Greutatea unității mecanice: ;

Aplicații:

Sudare cu arc;

Debitare cu plasma;

Sudare cu laser;

Sudare cu arc;

Robot inteligent: senzor de vedere 3-D; senzor de forța; Controller: R-30iA sau R-30iA Mate.

Fig.6.14 ARCMate100iC

Fig.6.15 Spațiul de lucru al robotului ARC Mate 100iC și vedere de sus

6.3.3 Robotul Panasonic VR-006GXII

Specificațiile robotului Panasonic VR-006GXII:

6 axe;

sarcina utilǎ: 6 kg;

dimensiunea brațului în extensie: 1360 mm;

repetabilitate: ±0.15 mm;

masa robotului: 105 kg;

montare: pe sol, plafon

Fig. 6.16 Robotul Panasonic VR-006GXII

Fig.6.17 Spațiul de lucru al robotului Panasonic VR-006GXII

6.3.4 Robotul Nachi MV4

Specificațiile robotului Nachi MV4:

6 axe;

sarcina utilǎ: 4 kg;

dimensiunea brațului în extensie: 1411 mm;

repetabilitate: ±0.08 mm;

masa robotului: 160 kg;

structura: articulatǎ;

montare: pe sol, pe perete

Fig.6.18 Robotul Nachi MV4 și spațiul său de lucru

6.3.5 Robotul Fanuc P-200E

Specificațiile robotului Fanuc P-200E:

6 axe;

sarcina utilǎ: 15 kg;

dimensiunea brațului în extensie: 2800 mm;

repetabilitate staticǎ: ±0.5 mm;

masa robotului: 523 kg;

montare: pe șinǎ.

Fig.6.19 Robotul de vopsire Fanuc P-200E

Fig.6.20.Spațiul de lucru al Fanuc P-200E

6.3.6 Motoman – UP20

Este un robot dinamic de mare viteză, este compact si necesită un spațiu minim de instalare. Aceasta oferă performanțe superioare în manipulare, ambalarea, tăierea și distribuirea aplicații.

Designul compact și-a construit în funcții de evitare a coliziunilor, cu controlul robotului multiple permite până la patru roboți pentru a fi utilizate împreună pentru a maximiza productivitatea reducând în același timp cerințele generale suprafața.

Viteza și puterea sunt maximizate prin utilizarea de motoare avansate Sigma. Ciclul de timp se reduce prin accelerarea dinamică. XRC 2001 controler permite procesarea rapidă și programarea user-friendly.

MOTOMAN avansate controler MOTOMAN XRC robot oferă flexibilitate, de înaltă performanță, comunicare deschisă și design ergonomic.

Designul său este compact, Sistemul XRC oferă chiar posibilitatea de a controla până la 27 axe de la un singur CPU. (De exemplu, trei axe, inclusiv roboți externe) Mulți funcționale XRC poate "multi-tasking" desfășoară simultan până la șase sarcini.

Robot Info:

Încărcare maximă : .

Acoperire maxima: .

Repetabilitate: .

Controller: XRC

Viteza de mișcare:

Axa 1: 165 ș / s ; Axe 2: 165 ș / s ;

Axa 3: 165 ș / s; Axa 4: 335 ș / s;

Axa 5: 335 ș / s ; Axa 6: 510 ș / s;

Aplicații: Lipire; Manipularea de piese; Prelucrare;Sudare cu arc electric.

Fig.5.25 Panoul de comandă

Fig.5.26 Vedere de sus a robotului și spațiul de lucru

Capitolul 7.

Aplicatie didactică cu robot industrial ABB

7.1 Introducere

În cadrul prezentului proiect de diplomă, am ales o aplicație didactică privind utilizarea unui robot industrial într-un sistem de montaj. Am ales robotul ABB IRB 1400, deoarece acesta se găsește în dotarea laboratorului de Comanda Roboților al Facultății de Inginerie Managerială și Tehnologică.

Se prezintă în continuare câteva tipuri reprezentative de roboți industriali tip ABB, și principalele lor caracteristici.

7.2 Prezentare generală

Principalele componente ale robotului industrial fabricat de ABB sunt:

• Structura mecanică(de manipulare)

• Micro controler

• Scule/ Efectoare Finale / Grippere

• Flex Pendant

Fig.7.2 Robot de paletizare Fig.7.1 Robot de sudare in puncte

Fig.7.4 Panou de control Fig.7.3 Teaching Box

Fig.7.5. Componentele principale ale unui robot – ABB IRB 1600

Fig.7.6. Secțiune prin motorul de acționare al unei cuple

În continuare se prezintă câteva tipuri de roboți ABB.

În figura 7.7 se prezintă structura sistemului mecanic al robotului ABB IRB 1400 și caracteristicile acestuia.

ABB IRB 1400 este rapid, sigur, și accesibil, ceea ce face alegerea perfectă pentru orice aplicație de sudare cu arc electric sau de manipulare a pieselor mici.

Acest robot este echipat cu controler S4C, un concept nou în comparație cu predecesorul său, S4. S4C permite, de asemenea, instrucțiunile de RAPID relaxarea activități de programare în afară de alte caracteristici suplimentare îmbunătățită.

IRB 1400, cu variantele sale suspendate este ideal pentru un loc de muncă limitată, atunci când o mare zonă de lucru de prelucrare este necesară. Cu o capacitate de manipulare de cinci kilograme și la o sarcină suplimentară pe partea superioară a brațului care se pot ocupa , combinate cu viteza si precizie pentru a permite operațiuni de înaltă performanță.

ABB – IRB 1410 M97 M98

Fig.7.7 Robotul ABB IRB 1400

Robot Info:

Număr de axe: 6

Încărcare maximă : .

Acoperire maxima: .

Repetabilitate: .

Controller: M97A-M98A-M99 S4C.

Viteza de mișcare:

Axa 1: 120 ° / s

Axa 2: 120 ° / s

Axa 3: 120 ° / s

Axa 4: 280 ș / s

Axa 5: 280 ș / s

Axa 6: 280 ș / s

Aplicații:

Sudare cu arc electric, manipularea piese de mici dimensiuni

Fig.7.9 Spațiul de lucru

Fig.7.10 Vedere de sus a robotului

Robotul ABB IRB 140

Specifitcațiile robotului ABB IRB 140:

6 axe;

sarcina utilǎ: 6 kg;

dimensiunea brațului în extensie: 810 mm;

repetabilitate: ±0.03 mm;

masa robotului: 98 kg;

montare: pe sol, suspendat

Fig.7.11 Robotul ABB IRB 140

Fig 7.12 Spațiul de lucru al robotului ABB IRB 140

Robotul ABB IRB 52

Specificațiile robotului ABB IRB 52:

6 axe;

sarcina utilǎ: 7 kg;

dimensiunea brațului în extensie: 475 mm;

repetabilitate: ±0.02 mm;

masa robotului: 180 kg;

montare: pe sol.

Fig.7.13 Robotul ABB IRB 52

Fig.7.14 Vedere de sus și spațiul de lucru al robotului ABB IRB 52

Robotul ABB IRB 5500

Specificații ale robotului ABB IRB 5500:

6 axe;

sarcina utilǎ: 13 kg;

dimensiunea brațului în extensie: 1455 mm;

repetabilitate staticǎ: ±0.15 mm;

masa robotului: 93 kg;

montare: pe sol, pe perete

Fig.7.15 Robotul ABB IRB5500

Fig.7.16 Spațiul de lucru al robotului ABB IRB 5500

ABB IRB 360

Cu o viteză crescută, o sarcină utilă mai mare și dimensiuni reduse, noul FlexPickerTM IRB 360 este a doua generație de roboți dedicate aplicațiilor de “pick&place”. Robotul IRB 360 vine în versiuni speciale dedicate mediilor sterile și este dedicate aplicațiilor din industria alimentară. Robotul este cretificat cu standardul IP 69K și este construit pentru a permite curățarea rapidă, conform metodelor industriale.

Noul robot vine să înlocuiască popularul model FlexPickerTM IRB340 și reprezintă rezultatul a 10 ani de experiență, cercetare și dezvoltare, combinate cu tehnologia de ambalare dovedită în timp. ABB are peste 1800 de roboți delta instalați la nivel global și este lider în acesta zona de vârf a tehnologiei de ‘pick&place”.

Nouă familie de roboți IRB 360 include trei versiuni:

Versiunea “compact” – raza de acțiune de 800mm;

Versiunea “standard” – performante asemănătoare, raza de acțiune de 1130mm;

Versiunea “high payload” – raza de acțiune similară, sarcină utilă de până la 3 kg.

Caracteristici:-fexibilitate de mare viteză;

Capcitate crescută – până la 3 kg sarcină utilă;

Design igienic pentru aplicații de curățare;

performanța superioară de monitorizare;

Fig.7.17 Robotul ABB IRB 360

Nouă familie de roboți IRB 360 include trei versiuni:

Versiunea “compact” – raza de acțiune de 800mm;

Versiunea “standard” – performante asemănătoare, raza de acțiune de 1130mm;

Versiunea “high payload” – raza de acțiune similară, sarcină utilă de până la 3 kg.

Caracteristici:-fexibilitate de mare viteză;

Capacitate crescută – până la 3 kg sarcină utilă;

Design igienic pentru aplicații de curățare;

performanța superioară de monitorizare;

Fig.7.18 Gabaritul robotului ABB IRB 360 si vedere de sus

Roboții ABB dedicați mediilor sterile sunt fabricați în conformitate cu procedurile speciale de producție, sunt temeinic testate și ambulate pentru a genera o cantitate minimă de particule în timpul procedurilor de service.

7.3. Prezentarea programului Robot Studio

Programul Robot Studio, produs de firma ABB, este destinat programării off-line a roboților din gama ABB și a simulării acestora în cadrul unor stații de lucru. Programul este util pentru programare, instruire în utilizarea roboților și optimizarea programelor, oferind următoarele avantaje:

● eliminarea riscului care există la roboții reali;

● startarea controlerului într-un timp mai scurt;

● posibilitatea a lucra cu diverse tipuri de efectoare

● posibilitatea de a testa o gama largă de roboți ABB

● posibilitatea de creare și importare de obiecte proprii ce pot fi salvate în biblioteca programului

● interfațarea cu Visual Basic și Visual C++

Fiecare robot inclus într-o stație de lucru este condus de câte un controler virtual care este o copie identică a softului de pe cel real, ceea ce permite simulări realistice care pot fi adaptate cu modificări minime cazului real.

Dezavantajele programului de simulare:

● ca orice simulator, nu va putea recrea în totalitate mediul real

● anumite poziții vor trebui redefinite pe robotul real

● o stație de lucru poate avea în componență doar un singur robot cu controlerul activ

Interfața pachetului software Robot Studio

Scopurile acestui al doilea paragraf sunt:

Prezentarea interfeței programului

Deschiderea unei stații de lucru

Navigarea în cadrul ferestrei grafice

În urma lansării în execuție a pachetului software Robot Studio, utilizatorul este întâmpinat de interfața prezentată în figura 7.21.

Fig. 7.21 – Fereastra de start

1 = Meniuri;

2 = Fereastra Browsers; Această fereastră prezintă toate obiectele stației într-un mod ierarhic Alegerea între Object Browser și Program Browser se face prin intermediul butoanelor corespunzătoare prezente în partea de jos a ferestrei Browsers

3 = Fereastra de proprietăți (Properties) permite utilizatorului vizualizarea și modificarea tuturor proprietăților pentru nodul selectat în cadrul Object Browser

4 = Fereastra de mesaje (Output) afișează mesajele provenite de la controlerul virtual și de la program

5 = Bara de stare (Status Bar) afișează câteva din setările curente

6 = Fereastra grafică (Graphics Window) afișează imagini 3D ale tuturor obiectelor. În cadrul acestei ferestre obiectele pot fi selectate și manipulate.

Deschiderea unei stații de lucru, fișier cu extensia “stn”, se face prin selectarea ei din fereastra ce apare prin intermediul meniului File\ Open Station. (fig. 7.22).

Ca urmare a deschiderii stației, în fereastra grafică este afișată stația, în fereastra Browsers pot fi găsite toate componentele stației, iar în fereastra mesajelor este afișat un mesaj de la controlerul virtual (fig. 7.23).

Navigarea în cadrul ferestrei grafice se poate realiza atât prin intermediul tastaturii cât și al mouse-lui după o prealabilă selectare a ferestrei cu butonul stâng al mouse-lui. Folosind tastatura, prin apăsarea tastei Home se poate realiza o vedere din dreapta (Right View), iar săgețile au ca efect orientarea imaginii după direcțiile corespuzătoare.

Fig. 7.22 –Deschiderea unei stații de lucru

Plasarea mouse-lui deasupra ferestrei grafice are ca efect schimbarea grafică a pointerului. (apare în formă de cruce). În această situație pot fi selectate diverse obiecte din cadrul ferestrei, obiecte ce pot fi apoi examinate în detaliu selectând opțiunea Examine. Revenirea la imaginea panoramică se face selectând opțiunea Unexamine. Această opțiune apare disponibilă și obiectelor din fereastra de obiecte.

Fig. 7.23 – Fereastra de vizualizare

Pentru rotirea ferestrei grafice există două variante în funcție de tipul de mouse disponibil. Astfel pentru un mouse cu 3 butoane se vor ține apăsate butoanele din mijloc și dreapta, iar la un mouse cu două butoane se apasă simultan tastele Ctrl + Shift + butonul din dreapta al mouse-lui. În ambele situații mișcarea mouse-lui duce la rotirea imaginii.

Mișcarea în cele 4 direcții se realizează prin deplasarea mouse-lui în direcția dorită, având simultan apăsate tasta Ctrl și butonul stâng al mouse-lui. Efecte similare cu cele descrise mai sus se pot obține și prin intermediul unui meniu grafic din partea superioară a ecranului. (fig. 7.24). Selectarea unei porțiuni a ferestrei grafice pentru a putea fi vizualizată în detaliu se realizează prin deplasarea mouse-lui după apăsarea simultană a tastei Shift și a butonului din drepta al mouse-lui.

Fig. 7.24 – Exemplu de stație de lucru

Construirea unei stații de lucru

Scopul celui de al treilea paragraf este de a învăța cum:

se încarcă din biblioteca programului diversele elemente pentru a construi o stație de lucru

se startează controlerul virtual

se atașează obiecte

În continuare sunt prezentați pașii necesari realizării unei stații simple:

În cadrul meniului File se selectează opțiunea New Station.

Dacă o stație este deja deschisă Robot Studio dorește închiderea ei înainte de a deschide una nouă. Ca urmare apare o fereastră de dialog cerând utilizatorului să decidă dacă dorește salvarea stației deja deschisă.

Pasul următor este de a importa un robot selectând în ordine: Home / Import Library / Robots.

Apare o fereastră ca cea din figura 7.25 din care se selectează spre exemplu fișierul IRB1600ID_4_150__03 corespunzător robotului IRB1600ID.

Fig. 7.25 – Importarea unui robot

Pentru a putea mișca robotul sau a realiza diverse programe trebuie startat controlerul său.

Startarea controlerului presupune efectuarea următorilor pași:

În bara meniu Controller, din meniul care apare se selectează opțiunea Add Controler; (vezi fig. 7.26)

În fereastra în care apare controlerul robotului se apasă OK. (fig. 7.27)

Opțiunea Change Controller permite selectarea altui controler decât cel utilizat implicit pentru robotul IRB1600

Controlerul virtual realizează startarea sistemului, operație ce durează 10 – 15 secunde. În caz de succes fereastra de mesaje (Output Window) va afișa următoarele:

S4_OP_STATE: Manual reduced speed

S4_OP_STATE: Going to auto

S4_OP_STATE: Auto

Urmărirea evoluției procesului de startare se poate face vizualizând icon-ul controlerului ce apare în partea dreaptă jos, plasat lângă ceas (Fig. 7.28). El va avea succesiv culorile albastru, galben și verde, verde semnificând faptul că controlerul este pregătit.

Fig. 7.28 – Icon-ul controlerului

Importarea unui efector se realizează în felul următor:

Din meniul Home se selectează Import\ Library\ Browse Library (fig. 7.29);

Se alege un fișier ce reprezintă un efector, de exemplu GWT_S1_0;

Se verifică apariția numelui efectorului ales în categoria componentelor (Components).

Acum robotul are atașat un efector, rezultatul acestei operații putând fi urmărit în fereastra grafică.

Fig. 7.29 – Alegerea unui efector final

Deplasarea robotului

În acest paragraf vom învăța următoarele două lucruri:

crearea de poziții țintă și traiectorii

deplasarea robotului la pozițiile țintă și deplasarea urmărind traiectoriile create

Crearea unei ținte :

● Din meniul Home se alege opțiunea Target

● Este deschisă o fereastră ca cea din figura 7.30 în care trebuie introduși cei 6 parametri ce pot caracteriza un punct țintă (3 parametri pentru determinarea poziției în spațiu și 3 parametri pentru determinarea orientării în poziția aleasă). De exemplu se pot completa cele 6 căsuțe cu valorile din figură: 1250; 100; 1100 ce reprezintă deplasările pe axele x, y și z, iar 0; 135; 0 sunt rotațiile pe cele 3 axe exprimate în grade fată de sistemul de referință.

Se poate observa apariția punctului țintă în fereastra Object Browser sub denumirea Target1:1 (fig. 7.30). Se poate vedea în detaliu ținta creată selectând opțiunea Examine din meniul obținut prin click dreapta atunci când mouse-ul este poziționat pe numele poziției țintă. Cele trei culori cu care este reprezentată ținta au ca scop evindențierea celor trei axe (roșu = X, verde = Y și albastru = Z).

Fig. 7.30- Parametrii unui punct țintă; Apariția unui punct țintă

Deplasarea efectorului robotului la punctul țintă creat anterior se poate face, atunci când ținta este selectată cu mouse-ul, selectând opțiunea Jump to Target din meniul Mechanism \ Move. O variantă mai rapidă este utilizarea aceleeași opțiuni din meniul ce apare în urma unui click dreapta pe Target1:1. (Fig. 7.31)

Fig. 7.31 – Poziționarea robotului în punctul țintă creat

OBS: Dacă anterior nu a fost startat controlerul robotului opțiunea Jump to Target este invalidă.

O altă metodă de a stoca poziții este aceea de a deplasa mai întâi robotul și apoi de a memora punctul respectiv utilizând opțiunea: Target at TCP din meniul Create.

Pentru a realiza deplasarea robotului se alege opțiunea Mechanism Status (Fig. 7.32) din fereastra de opțiuni disponibilă robotului (se apasă click dreapta pe numele robotului din fereastra de obiecte – Fig. 7.33) sau alegând opțiunea Show Mech Status Window din meniul Mechanism. Anterior acestei alegeri trebuie selectat robotul din fereastra Object Browser.

După ce robotul s-a deplasat într-o poziție convenabilă (parametrii poziției sunt afișați în stânga ferestrei), prin deplasare pe articulație sau liniară, se memorează poziția (Target at TCP) și ea pare în fereastra de obiecte în categoria corespunzătoare.

Crearea unei traiectorii

Crearea unei traiectorii (Path) presupune mai întâi selecția Path din meniul Create. Numele traiectoriei Path1 apare în cadrul ferestrei Object Browser. Urmează includerea pozițiilor țintă create anterior în traiectorie. Pozițiile țintă ce se doresc a fi incluse sunt selectate (se apasă Shift + click buton stânga mouse) și apoi trase și eliberate pe numele traiectoriei. (vezi fig. 7.34). O poziție țintă poate fi inclusă de mai multe ori într-o traiectorie.

Fig. 7.34 – Crearea unei traiectorii

Parcurgerea unei traiectorii se realizează alegând opțiunea Move Along Path din meniul local al traiectoriei respective.

Exercițiu: Creați ținte multiple pe care să le includeți apoi în cadrul unor traiectorii. Urmăriți parcurgerea traiectoriilor, modificând eventualele poziții țintă invalide.

Mișcarea robotului utilizând consola

● Din meniul Mechanism se selectează Teach Pendant. Pe ecran vor apare ferestrele din figura 7.35

Fig. 7.35 – Teach Pendant

Pe lângă simularea consolei, programul simulează și opțiunile ce apar pe panoul de operare al controlerului. Astfel există posibilitatea de selecție a modului de lucru, de activare a motoarelor și de oprire în caz de urgență.

Mișcarea robotului utilizând joystick-ul este simulată prin opțiunile pe care le oferă fereastra corespunzătoare Joystick.

Se observă faptul că controlerul este în modul automat, pentru deplasarea prin joystick cât și pentru încărcarea unor programe fiind necesară selecția unui din cele două moduri de lucru în modul manual (<250mm/s și 100%) care semnifică manual cu viteză redusă și respectiv manual cu viteză 100%.

OBS: Pentru activarea motoarelor se va bifa opțiunea Safety Pad.

Aplicația de asamblare cu robotul ABB IRB 1600

Pentu operatia de asamblare a doua piese am conceput o stație de asamblare cu un robot ABB IRB 1600,un rastel de piese primare și unul de piese conjugate celor din primul rastel.

Se prezintă în continuare programul de asamblare al robotului conceput in Robo Studio.

MODULE Module1

CONST robtarget Target_10:=[[329.5,-651.4775390625,941.001953125],[4.32963728535968E-17,0.707106781186548,0.707106781186547,4.32963728535967E-17],[-1,-1,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];

CONST robtarget Target_20:=[[852.431640625,141.6875,779.9990234375],[-7.85046229341887E-17,-0.707106781186547,0.707106781186548,7.85046229341887E-17],[-1,0,3,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];

CONST robtarget Target_30:=[[329.501953125,875.81298828125,933.31591796875],[-7.253439540187E-18,-0.662416164615786,0.749136052300056,-2.63256127593713E-17],[0,0,-5,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];

CONST robtarget Target_40:=[[756.240234375,346.484619140625,799.9990234375],[-6.12303176911188E-17,8.04911692853238E-16,1,-8.35176511117987E-32],[0,1,2,1],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];

CONST robtarget Target_60:=[[-500.928863525391,217.30908203125,987.0009765625],[-4.32963728535968E-17,0.707106781186548,0.707106781186547,4.32963728535967E-17],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];

CONST robtarget Target_80:=[[812.381225585938,345.059906005859,800.000366210938],[-2.61982717487268E-17,-0.406749326740523,0.913539810405727,-5.99245771280169E-18],[0,0,3,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];

CONST robtarget Target_70:=[[790.94921875,85.9830322265624,799.999633789063],[-1.31745977706372E-17,-0.275021749018206,0.961438005056471,-4.02406978759941E-17],[1,0,-3,7],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]]; PERS tooldata PKI_500:=[TRUE,[[126.925343398172,2.19937817904222E-14,389.787472308492],[0.898849028317812,0,0.438258398997812,0]],[1,[0,0,100],[1,0,0,0],0,0,0]];

CONST robtarget Target_90:=[[-978.692138671875,-86.2160034179688,999.318969726563],[-6.12303176911189E-17,1,0,0],[-2,-1,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];

PROC Path_10()

MoveL Target_10,v1000,z100,PKI_500\WObj:=wobj0;

MoveL Target_70,v1000,z100,PKI_500\WObj:=wobj0;

MoveL Target_80,v1000,z100,PKI_500\WObj:=wobj0;

MoveL Target_30,v1000,z100,PKI_500\WObj:=wobj0;

MoveL Target_80,v1000,z100,PKI_500\WObj:=wobj0;

MoveL Target_90,v1000,z100,PKI_500\WObj:=wobj0;

ENDPROC

PROC main()

Path_10;

ENDPROC

ENDMODULE

Fig 7.36.Robotul ABB IRB 1600

Cele doua rastele sunt prezentate în figura următoare.

Fig.7.37 Depozitul de semifabricate(rastel)

De asemenea este necesar si de un buncăr pentru piesele finite.

Fig. 7.38 Buncăr pentru piese finite

Fig. 7.39 Masa de lucru si unitatea de comandă a robotului

În continuare se prezintă descrierea operației de montaj.Robotul execută operația de extragere a unei piese din rastel si o așează pe masa de lucru.Acest lucru este exemplificat în figurile următoare.

A doua mișcare pe care o executa robotul este cea de aducere a celei de-a doua piesă pentru a fi asamblată.

După ce s-a realizat asamblarea efectivă robotul ia piesa finită si o depune în buncăr.

Concluzii

Parcurgând etapele de realizare a proiectului de diplomă am prezentat unele realizări din domeniul roboților industriali, sistemelor de fabricație, proiectarea sistemelor de asamblare, precum și utilizarea softurilor dedicate în programarea și conducerea roboților și a sistemelor mecatronice în general. Aplicația prezentată, consider că poate fi utilizată de către studenți în cadrul unei lucrări de laborator din domeniu.

Prin materialul prezentat consider că obiectivul temei a fost atins.

Bibliografie

Țarcă R. – Introducere în robotică,Editura Universității din Oradea ,2003

Țarcă R. – Sisteme de fabricație flexibilă, Editura Universității din Oradea,2004

Tripe V.A. și a. – Proiectarea și construcția sistemului mecanic al roboților,Editura Universității din Oradea,2005

Tripe V.C. – Automatizarea proceselor de montaj – Note de curs, Editura Universității din Oradea,2010

Tocuț P.,Tripe V.A. – Dispozitive pentru sisteme de fabricație, Editura Universității din Oradea,2008

Vesselenyi T. – Comanda și programarea roboților,Editura Universității din Oradea,2001

Kovacs F. – Sisteme de fabricație, Editura Universității din Oradea,1999

www.abb.com/robotics

www.fanucrobotics.com

www.kuka-robotics.com

www.motoman.com/products/robots

www.abb.de/product

www.allonrobots.com/assembly-robot

www.industrialrobotix.com